过程设备设计 教学课件 作者 郑津洋 董其伍 桑芝富 主编 66 3&6 4.ppt

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1、第六章换热设备6.1概述6.2管壳式换热器6.3余热锅炉6.4传热强化技术6.3余热锅炉余热锅炉——余热锅炉是利用工业生产中的预热来生产蒸汽的一种换热设备。广泛应用于化工、石油、冶金等工业部门。什么是锅炉？6.3.1余热锅炉的作用满足工艺生产的需要提高热能总利用率，节约一次能源消耗消除环境污染，减少公害作用：燃煤锅炉燃油锅炉燃气锅炉6.3.2余热锅炉的基本特点与锅炉基本相似，通常由省热器、蒸发器和过热器等部件组成。无燃烧装置。结构形式多种多样热源广，介质多种多样，有些主体设备与辅助设备分散安装在工艺流程的不同位置。操作不稳定受到余热源热负荷波动的影响。

2、有些水侧、气侧均处于高温、高压条件下。6.3余热锅炉1.管壳式余热锅炉：由锅筒、管子及金属壳体组成。结构紧凑、单位换热面积的金属消耗较少，适应的介质和操作条件较广泛。2.烟道式余热锅炉：与燃烧炉类似。在硫酸工业应用较广。烟气的含尘量高，受热面磨损严重，腐蚀严重。6.3.3余热锅炉的基本结构6.3余热锅炉增加平均传热温差——逆流流动、多股流体流动扩大换热面积——小直径管提高传热系数——有功传热强化和无功传热强化6.4传热强化技术6.4.1传热强化概述式中K为总传热系数,α1、α2为传热面两侧的对流给热系数,R1、R2为两侧污垢热阻。δ为管壁的厚度，λ为管

3、材的热导率。6.4传热强化技术6.4.1传热强化概述提高对流传热系数的方法主动强化被动强化采用外加的动力（如机械力、电磁力等）来增强传热除了输送传热介质的功率消耗外不再需要附加动力来增强传热在管壳式换热器中，采用最多的被动强化传热方法是扩展表面及管内放置强化传热元件，它既能提高传热系数，又能增加传热面积。槽管横纹槽管碾扎槽管螺旋槽管翅片板式翅片外翅片圆管内翅片圆管槽带板式翅片穿孔翅片6.4传热强化技术6.4.2扩展表面及内插件强化传热扩展表面a螺旋槽管b横纹槽管c板式翅片d槽带板式翅片e外翅片圆管f穿孔翅片6.4传热强化技术6.4.2扩展表面及内插件强

4、化传热扩展表面其它形状换热管:缩放管、螺纹管、波纹管几种表面粗糙换热管（a）缩放管图6-37；（b）螺纹管；（c）波形管6.4传热强化技术6.4.2扩展表面及内插件强化传热内插件强化传热不改变传热面形状，通过改变换热管内流体流动来强化传热，提高传热效率，简便有效，也有利于传热面积的扩大，且易于对旧设备进行改造，应用广泛。目前管内插入物种类较多，主要是利用各种金属的条、带、片和丝等绕制或扭曲成螺旋形（如螺旋线、扭带、错开扭带、螺旋片和静态混合器等），或冲成带有缺口的插入带。各种插入物强化传热的机理是，利用插入物使流体产生径向流动，从而加强流体的混合，获

5、得较高的对流传热系数。在设计过程中应考虑加入内插件后的压降增大影响。改变壳程挡板结构改变管束支承结构6.4传热强化技术6.4.3壳程强化传热杆式支承结构b.自支承结构将折流板该成杆式支承结构，消除传热死区、阻力小、结垢减慢、消除局部腐蚀和磨损。自支承结构通过采用自支撑管，如刺孔膜片管、螺旋扁管和变截面管来简化管束支撑，提高换热器的紧凑度。c.螺旋折流式支承结构6.4传热强化技术6.4.3壳程强化传热自支撑管及其自支撑结构（a）刺孔膜片管；（b）螺旋扁管；（c）变截面管c.螺旋折流式支承结构螺旋折流式支承